钢筋混凝土三跨连续板边跨受火性能有限元分析

文章根据钢筋混凝土板的计算模型,讨论了钢筋与混凝土的离散、高温下混凝土及钢筋的应力应变特性,对钢筋混凝土连续板受火情况进行了计算分析。最后与试验结果比较,验证了钢筋混凝土板受火情况下有限元分析计算方法和可行性。     

开裂前后钢筋混凝土板的有限元分析

本文对钢筋混凝土板的有限元计算提出了一种新的计算方法,该方法考虑了钢筋混凝土板开裂前后的特性。本文首先给出了一个广义应力——应变关系的力学模型和板元的计算模型。考虑到弹塑性变形是渐变过程,而开裂变形是突然出现的,为计算变形,对前者使用逐次迭代方法计算,对后者使用变换基本弹性刚度阵方法计算。用上述模型和方法计算了最近经过试验的各种配筋率的钢筋混凝土板,计算结果表明,板的中点的荷载——挠度曲线和板的计算开裂图形与实验结果一致。     

考虑压缩薄膜效应钢筋混凝土板的变形分析

关于钢筋混凝土板在压缩薄膜效应阶段的变形性能的研究,开展得较为有限.基于压缩薄膜效应的受力机理及大变形状态下的几何条件,提出了一种考虑压缩薄膜效应钢筋混凝土单向板变形能力的计算方法:将压缩薄膜效应阶段钢筋混凝土板的变形性能区分为弯曲效应和附加三铰拱效应分别考虑,采用有效刚度法计算弯曲效应下的荷载-挠度关系,根据试件的大变形条件建立三段式的附加承载力-挠度关系,两条曲线叠加从而获得压缩薄膜效应阶段试件的荷载-挠度关系曲线.通过一组剪力墙约束钢筋混凝土单向板的试验,对该计算方法进行验证.试验结果表明:计算结果与试验结果的误差较小,考虑支座对中间板带的弯曲约束程度的影响,该方法可用于考虑压缩薄膜效应钢筋混凝土板的变形分析.     

混凝土结构三维徐变的有限元计算方法

由于传统的杆系有限元程序和公式解法不能精确考虑和计算混凝土结构的三维徐变和局部效应,因此提出了一种混凝土结构三维徐变的有限元计算方法.首先说明了三维徐变的计算原理,并对有限元计算过程中的主要模块进行了阐述.在此基础上,对一个钢筋混凝土柱算例模型进行计算,并与Dischinger公式算法进行对比;钢筋及混凝土应力、模型变形等与公式解法相差在5%以内.同时,采用该方法实现了对箍筋影响及结构局部应力分布的时变分析.最后,为分析剪切应力对徐变变形的影响,对一预应力钢筋混凝土梁进行了三维徐变计算,计算结果与试验值吻合良好.     

火灾下钢筋混凝土柱非线性有限元分析

采用合理的钢材和混凝土的热-力耦合本构模型,针对火灾下钢筋混凝土截面可能出现卸载和反向再加载情形,提出高温下混凝土单轴应力-应变滞回关系。根据火灾下U.L列式虚功增量方程和分层非线性梁单元方法,建立火灾下钢筋混凝土柱非线性有限元分析理论并编制相应的全过程分析程序NARCLF。对典型火灾下钢筋混凝土柱的试验资料进行双重非线性有限元分析。研究结果表明：采用材料应力一应变滞回关系的有限元分析方法的计算结果与实验结果较吻合,证明采用该方法可合理反映火灾下钢筋混凝土柱的变形特性和耐火性能。     

平头弹撞击钢筋混凝土板的三维细观力学模拟

研究钢筋混凝土板在弹丸撞击作用下的响应和破坏对防护工程（核电厂安全壳）的安全计算和安全评估具有十分重要的意义.利用三维细观力学模型研究了平头弹以不同速度撞击钢筋混凝土板的开裂模式.假定混凝土是由砂浆基体、粗骨料和界面过渡层（ITZ）三相组成的复合材料,提出了三维三相细观力学模型的建模方法,并通过单元重构技术克服了ITZ层太薄而难以模拟的问题,从而大大提高了计算效率.结果表明：数值模拟再现了平头弹撞击钢筋混凝土板厚度方向的开裂破坏情况,模拟结果与实验观察具有良好的一致性.     

钢筋混凝土双向板耐火性能研究

利用有限元软件ABAQUS对高温下钢筋混凝土双向板三维瞬态温度场和三维力学性能进行非线性分析,数值模拟结果与文献结果吻合较好。在此基础上,分析影响钢筋混凝土双向板耐火性能的主要参数,包括跨高比、保护层、荷载比、配筋率、混凝土的抗压强度和抗拉强度。研究结果表明:保护层、荷载比、配筋率和抗拉强度对钢筋混凝土板耐火极限影响较大;混凝土板在高温时产生的张拉薄膜效应对耐火性能的提高有很大的有益作用;控制荷载比、提高配筋率、适当加大保护层厚度和提高混凝土的抗拉强度是提高钢筋混凝土板耐火性能的有效措施。     

考虑瞬态热应变的钢筋混凝土板火灾反应分析

基于非线性温度场理论,编制了钢筋混凝土构件的温度场分析程序;通过对不同温度-应力途径试件力学行为的对比分析,说明了瞬态热应变的重要性,并提出双轴受压状态下瞬态热应变计算模型和瞬态模量的概念;根据大挠度板单元和热弹塑性本构模型,建立了钢筋混凝土双向板的有限元计算模型,对3块钢筋混凝土双向板的火灾行为进行数值模拟,分析了瞬态热应变和膨胀应变对其火灾行为的影响.计算结果表明,计算模型结果与试验结果吻合较好,验证了瞬态热应变模型的有效性,参数分析得出膨胀应变和瞬态热应变对钢筋混凝土双向板的火灾行为有重要影响.     

火灾后四边简支钢筋混凝土板刚度与挠度试验研究及分析

为研究钢筋混凝土双向板在遭受火灾作用后的承载能力及挠度发展规律,对配筋率及受火时间不同的火灾后钢筋混凝土双向板承载能力进行研究。研究结果表明：火灾作用后,双向板在荷载作用下无混凝土开裂前的弹性阶段,而是直接进入带裂缝工作阶段,且只存在钢筋屈服前的带裂缝工作阶段和钢筋屈服后的破坏阶段;配筋率高的双向板挠度发展较为缓慢,具有更好的抵抗变形的能力,提高配筋率可使得双向板的抗弯刚度增加;随着受火时间的延长,双向板挠度发展加快,挠度曲线更为饱满,表明火灾使得双向板的抗弯刚度削减,挠曲变形也随之增大;以已有的受弯构件刚度的计算方法为基础,结合材料的高温后性能与火灾对双向板承载性能的影响,采用分层划分的方法,推导给出了火灾后钢筋混凝土双向板刚度及挠度计算公式,并与试验对比进行验证。     

高温下钢筋混凝土简支梁的抗火性能

对2根钢筋混凝土梁开展高温试验研究,采用合理的材料热工性能和热-力耦合本构关系,应用ABAQUS有限元软件对其温度场和结构变形性能进行三维实体有限元分析,温度场和结构变形性能计算结果与试验结果符合较好.在试验验证的基础上,开展有限元参数分析,探讨保护层厚度及荷载水平对钢筋混凝土简支梁抗火性能的影响.结果表明,钢筋混凝土简支梁的保护层越厚,受拉主筋升温越慢,构件变形延缓,耐火极限增大;荷载水平越大,耐火极限越小.     

考虑叠合面滑移的新型拼缝叠合板受力性能的有限元分析

为了优化双向受力钢筋桁架混凝土叠合板的拼缝构造方案,提高叠合板拼缝处的受力性能,本文设计了一种新型口袋式拼缝形式的叠合板。由于新旧混凝土叠合面容易发生相对滑移,从而影响板的整体承载力,因此本文利用有限元法研究其受力性能时考虑了叠合面滑移。通过对现浇板、密拼式叠合板和新型口袋式叠合板的数值分析,研究拼缝构造形式、现浇层厚度和附加钢筋对叠合板受力性能的影响。研究结果表明：新型口袋式拼缝形式可以使叠合板具有较好的承载能力,并保证了预制层和现浇层混凝土之间力的有效传递;增加现浇层混凝土厚度能够有效提高叠合板的承载力;附加钢筋配筋率对叠合板承载力影响也尤为明显,叠合板承载力在一定范围内随附加钢筋的配筋率的增加而提高。     

钢筋混凝土厚板的变形分析

本文用有限层法研究钢筋混凝土矩形厚板的变形规律.分析计算表明,当钢筋混凝土板的厚度较小时,用层状体系理论和有限层法计算应力、位移,都与薄板理论结果十分接近;当钢筋混凝土板厚度较大时,有限层法的计算结果,较薄板和中厚板理论的结果小,而与层状体系理论的相同.这说明对于弹性地基上的钢筋混凝土厚板,按薄板理论计算是偏于保守的.本文的方法对于弹性地基上钢筋混凝土薄、厚板计算通用,不受层数、层间接触条件、地基模型、荷载类型和位置的限制.     

连续配筋水泥混凝土路面的温度翘曲应力研究

通过素混凝土板温度翘曲应力的Westergaard理论解和有限元数值解的对比,论证了素混凝土板计算模型的适用性,得到了板体自重对板的温度翘曲应力不产生影响这一重要结论.以三向弹簧模拟钢筋和混凝土之间的粘结,对素混凝土板中加入钢筋前后板体特征点位的温度翘曲应力变化情况作了计算分析,认为配筋层位、粘结刚度系数、温度梯度、板长、板厚及配筋率等参数对板中加入钢筋前后温度翘曲应力变化值的影响可以忽略.结果表明,Winkler地基模式下连续配筋路面单独板的温度翘曲应力可以沿用与其尺寸一致的普通水泥混凝土板的温度翘曲应力计算方法.     

钢筋混凝土板有限元非线性分析

本文研究钢筋混凝土板分层的有限元非线性分析方法。将钢筋混凝土板离散成三角形单元,沿板厚再将板分为五层(其中包括一层钢筋层),考虑混凝土材料的非线性性能,采用Fortran语言编制了计算程序。对四点支承、跨中承受集中荷载的板进行了全过程计算。计算得出了荷载-挠度曲线,裂缝开展图式等。并将荷载-挠度曲线与试验结果进行比较,两者吻合较好。     

桥梁大体积混凝土施工温度场与温度应力的仿真分析

采用三维瞬态温度场理论,运用有限元程序ANSYS的通用平台,建立大体积混凝土温度场与温度应力有限元计算模型,对湖北野三河大桥3#主墩混凝土的温度场与温度应力进行仿真分析,计算了大体积混凝土内部温度场及仿真应力场,并与实测结果进行比较,结果显示所建立的有限元分析模型可以较好地计算混凝土施工时的温度场与温度应力。     

现浇楼板温度收缩裂缝的有限元分析

温度-收缩变形是引起现浇楼板裂缝问题的主要因素,为探讨温度收缩荷载对楼板应力状态和抗裂能力的影响规律,采用ANSYS有限元软件对某实际工程进行分析。采用钢筋混凝土单元Solid65建立框架结构单个房间模型,考虑梁、板、柱之间的相互约束和协调变形,对楼板温度及收缩变形作用采用综合温差处理,并对不同综合温差作用下的楼板建立不同荷载工况,分析楼板应力分布情况,再利用抗裂系数评价了楼板的抗裂能力。根据计算结果,提出了楼板裂缝防治的措施。     

FRP筋混凝土双向板的非线性分析程序设计

采用三维二十节点等参单元,整体式有限元模型（将FRP筋分布到混凝土单元中）,对集中荷载作用下FRP筋混凝土双向板的开裂及极限冲切承载力进行了非线性数值分析．混凝土材料的本构关系采用非线性弹性理论中的全量E-v型,破坏准则选取改进的Ottosen四参数公式,裂缝模型选取弥散裂缝模型．经过以上处理,编制了有限元分析程序．程序计算结果与实验数据的比较表明：计算结果与试验值符合良好,分析过程合理,选用合理的材料本构模型、破坏准则和裂缝模型,利用本文程序可以较好地模拟FRP筋混凝土双向板的试验过程．     

爆炸冲击作用下钢筋混凝土板的动态响应研究

为研究爆炸载荷下钢筋混凝土板的动态响应,基于量纲分析得到了球形装药质量、爆心距和钢筋混凝土靶板挠度之间的无量纲关系.利用有限元软件AUTODYN建立空气-炸药-钢筋混凝土板的三维数值模型,考虑炸药、空气和靶板之间的流固耦合相互作用,模拟结果和实验结果基本吻合.改变固支条件为四边固支,控制单一变量,分别得到装药质量和爆心距对靶板挠度的影响规律.结果表明,保持爆心距一定,当比例距离大于0.6 m/kg^1/3的情况下,即不考虑近场爆炸和接触爆炸,钢筋混凝土板中心挠度随装药质量增加近似呈线性递增趋势;而当改变爆心距时,挠度随爆心距的增加近似呈指数递减趋势.     

新疆现浇楼板温度收缩裂缝影响因素的有限元分析

新疆地区具有气候干燥,年温差、日温差大等气候特点,温度收缩裂缝是现浇楼板裂缝的主要形式,为从减小温差、增大板厚、调整约束构件截面尺寸等方面给温度收缩裂缝的控制提供理论依据,采用ANSYS有限元软件对某框架结构工程实例进行数值模拟分析。通过钢筋混凝土单元SOLID65建立该结构的整体式计算模型,其中以整体弥散配筋考虑钢筋的影响,以节点压缩、耦合考虑构件梁、板、柱三者之间的协调变形,然后建立了综合温差、板厚、约束刚度3种因素的不同计算工况,分析了这3种因素对楼板主应力分布影响的规律。结果表明,温度收缩应力是现浇楼板裂缝的主要影响因素,增大板厚可降低楼板应力水平,增大约束构件刚度可使楼板应力分布趋于均匀,但整体应力水平提高。